LỜI TÁC GIẢ Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng cơng trình thuỷ với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc bê tơng cốt thép” hồn thành với giúp đỡ nhiệt tình, hiệu phịng Đào tạo ĐH & SĐH, khoa cơng trình thầy, giáo, môn trường Đại học Thuỷ lợi, bạn bè đồng nghiệp, quan gia đình Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Dương Đức Tiến trực tiếp tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn: Phòng Đào tạo ĐH & SĐH, khoa cơng trình, thầy giáo, giáo tham gia giảng dạy trực tiếp lớp Cao học trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội tận tình giúp đỡ truyền đạt kiến thức Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo quan Ban quản lý dự án sơng Tích thuộc Sở Nơng nghiệp & PTNT Hà Nội tận tình giúp đỡ suốt thời gian học tập thực luận văn Tác giả xin cảm ơn gia đình , bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ mọi mặt cũng n hư động viên khích lệ tinh thần vật chất để tác giả đạt kết ngày hôm Do cịn nhiều hạn chế trình độ chun mơn, thời gian có hạn, nên q trình làm luận văn tác giả khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong muốn tiếp tục nhận bảo thầy, giáo góp ý bạn bè đồng nghiệp, để tác giả hoàn thiện kiến thức Hà Nội, tháng 02 năm 2013 Tác giả Trịnh Minh Thuyên MỤC LỤC Mở đầu I Tính cấp thiết đề tài II Mục đích nhiệm vụ đề tài III Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu IV Kết dự kiến đạt Chương 1: Tổng quan cơng tác thiết kế thi cơng móng cọc 1.1 Tổng quan móng cọc 1.1.1 Lich sử đời phát triển móng cọc 1.1.2 Khái niệm chung móng cơng trình 1.1.3 Các phận móng cọc 1.1.4 Một số ưu điểm móng cọc 1.1.5 Phân loại cọc 1.2 Tình hình thiết kế thi cơng móng cọc 1.3 Các vấn đề tồn thường gặp việc thiết kế thi công 10 1.4 Kết luận chương 11 Chương 2: Một số phương pháp xử lý đất yếu móng cọc 2.1 Đặc điểm đất yếu 13 2.1.1 Khái niệm đất yếu đất yếu 13 2.1.2 Cơ sở lý thuyết 14 2.2 Những vấn đề chung công tác xử lý đất yếu móng cọc 15 2.3 Một số phương pháp xử lý đất yếu móng cọc 15 2.3.1 Xử lý cọc gỗ 15 2.3.2 Xử lý cọc cát 20 2.3.3 Xử lý cọc nhồi 31 2.3.4 Xử lý cọc xi măng đất (cọc trộn sâu) 36 2.3.5 Xử lý cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn 41 2.4 Tính tốn thiết kế cơng nghệ thi cơng móng cọc 43 2.5 So sánh chọn phương án thi cơng thích hợp 94 2.6 Kết luận chương 96 Chương 3: Đánh giá kết phương pháp xử lý nền bằng cọc BTCT cho cống Hải Thanh-Dương Kinh-Hải Phòng 3.1 Giới thiệu tổng quan về công trình cống lấy nước 97 3.2 Tính toán xử lý nền cống Hải Thanh - Dương Kinh - Hải Phịng 101 3.3 Quy trình cơng nghệ thi công cọc ép 128 3.4 Kết luận chương 133 Kết luận kiến nghị 134 Danh mục tài liệu tham khảo 136 DANH MỤC BẢNG BIỂU Chương Trang Bảng 2-1 Tính kỹ thuật chủ yếu máy bơm quay tuần hoàn 58 Bảng 2-2 Chỉ tiêu tính kỹ thuật dịch sét dùng giữ thành lỗ 62 Bảng 2-3 Cọc bê tông cốt thép thường tiết diện đặc 83 Bảng 2-4 Tiêu chuẩn kiểm tra mặt cọc BTCT 84 Bảng 2-5 Hệ số lượng xung kích tăng thêm đóng cọc xiên 86 Bảng 2-6 Bảng chọn hệ số K 87 Bảng 2-7 Bảng lựa chọn phương án thi công cọc 95 Bảng 3-1 Chỉ tiêu lý đất 100 Bảng 3-2 Tổng hợp lực tác dụng lên công trình (TH 1) 104 Bảng 3-3 Tổng hợp lực tác dụng lên cơng trình (TH2) 107 Bảng 3-4 Bảng tính cường độ đất 120 T Chương DANH MỤC HÌNH VẼ Chương Trang Các phận móng cọc Hình 2-1 Cọc cừ tràm dùng để xử lý đất yếu 18 Hình 2-2 Cọc cừ tràm đào lên nhà hát TP HCM 100 18 Hình 2-3 Mặt đất nén chặt 25 Hình 2-4 Sơ đồ bố trí cọc 26 Hình 2-5 Biểu đồ xác định khoảng cách cọc cát 28 Hình 2-6 Sơ đồ tính toán độ lún đất theo quy phạm 31 Hình 2-7 Quá trình phản ứng gia cố xi măng đất 37 Hình 2-8 Hình ảnh thi cơng ép cọc tre máy 48 Hình 1-1 Chương Hình 2-9 Mũi ống thép tự mở có lề 50 Hình 2-10 Thiết bị đóng cọc cát chấn động 51 Hình 2-11 Thiết bị đóng cọc cát khơng dùng ống thép 52 Hình 2-12 Sơ đồ cơng nghệ thi cơng cọc cát 53 Hình 2-13 Đầu khoan xoắn 54 Hình 2-14 Hình thức kết cấu đầu khoan xoắn đường kính lớn 54 Hình 2-15 Dây chuyền cơng nghệ thi cơng làm lỗ khơ cọc khoan 56 Hình 2-16 Máy khoan quay tuần hồn thuận 57 Hình 2-17 Sơ đồ ngun lý khoan quay tuần hồn nghịch 59 Hình 2-18 Sơ đồ công nghệ thi công cọc khoan nhồi 60 Hình 2-19 Dây chuyền cơng nghệ thi cơng cọc nhồi làm lỗ ướt 61 Hình 2-20 Sơ đồ để tính lượng bê tơng đổ 65 Hình 2-21 Một số hình ảnh thi cơng cọc khoan nhồi Việt Nam 67 Hình 2-22 Một số hình ảnh thi cơng cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ 72 Hình 2-23 Cách bố trí cọc trộn khơ 73 Hình 2-24 Cách bố trí cọc trùng theo khối 73 Hình 2-25 Cách bố trí cọc trơn ướt mặt đất 73 Hình 2-26 Máy trộn sâu SJB – 75 Hình 2-27 Máy trộn sâu di chuyển ống lăn 76 Hình 2-28 Sơ đồ nguyên lý 77 Hình 2-29 Thiết bị làm cọc XM đất có trục trộn hãng Kobelco 78 Hình 2-30 Dây chuyền cơng nghệ cọc trộn sâu 79 Hình 2-31 Một số hình ảnh thi cơng cọc xi măng đất 82 Hình 2-32 Một số hình ảnh thí nghiệm cọc xi măng đất 82 Hình 2-33 Bố trí cốt thép cọc BTCT đúc sẵn 93 Hình 2-34 Vận chuyển xếp cọc 93 Hình 2-35 Một số hình ảnh thi cơng cọc BTCT 94 Chương Trang Hình 3-1 Sơ đồ tính tốn tải trọng trường hợp 102 Hình 3-2 Sơ đồ tính tốn tải trọng trường hợp 105 Hình 3-3 Sơ đồ tính lún chưa có cọc 116 Hình 3-4 Kết tính tốn lún chưa có cọc (vừa thi cơng xong) 117 Hình 3-5 Kết tính tốn lún chưa có cọc (lún cố kết 60 ngày) 117 Hình 3-6 Kết tính tốn lún chưa có cọc (lún tổng thể) 117 Hình 3-7 Sơ đồ bố trí cọc 121 Hình 3-8 Sơ đồ tính lún có cọc BTCT 125 Hình 3-9 Kết tính tốn có cọc BTCT (khi vừa TC xong) 125 Hình 3-10 Kết tính tốn có cọc BTCT (lún cố kết 60 ngày) 126 Hình 3-11 Kết tính tốn có cọc BTCT (lún tổng thể) 126 -1- MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài Trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước , công tác xây dựng nhiệm vụ hàng đầu đất nước Việc thiết kế, thi công cơng trình thủy lợi, thủy điện, giao thơng, dân dụng cơng nghiệp cịn gặp nhiều khó khăn, cần phải giải nhiều vấn đề khác : Loại hình kết cấu, sử dụng vật liệu, biện pháp và công nghệ thi công… đặc biệt vấn đề xử lý cơng trình Một khó khăn việc xử lý nền của các công trình , đặc biệt là nền của các công trình thủy lợi , thủy điện , giao thông xây dựng đất yếu Khi xây dựng thường gặp phải nền cơng trình đất ́u , các lớp đất yế u xen kẹp có chiều dày từ một vài mét đến hàng chục mét , sức chịu tải của nền và tính nén lún lớn Lớp đất tốt thường nằm sâu dưới lòng đất , trường hợp này có nhiều phương pháp để xử lý nền , đó phương pháp xử lý nền bằng móng cọc thường ứng dụng rộng rãi Hiện việc thiết kế , thi công móng cọc còn gặp những khó khăn nhất định xác định mật độ cọc , chiều sâu cắm cọc, biện pháp và cơng nghệ thi cơng cọc Vì việc Nghiên cứu giải pháp xử lý đất yếu cọc bê tông cốt thép cấp thiết quan trọng giai đoạn II Mục đích nhiệm vụ đề tài - Nghiên cứu tổng quan phương pháp xử lý nền móng cọc, trọng tâm xử lý đất yếu bằng cọc BTCT đúc sẵn Xử lý đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải đất, cải thiện số tính chất lý đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt đất Đối với cơng trình thủy lợi, việc xử lý đất yếu cịn làm giảm tính thấm đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp - Phân loại đề xuất phương pháp xử lý nền bằng móng cọc cho các trường hợp cụ thể Áp dụng tính tốn xử lý cho cống Hải Thanh - Dương Kinh - Hải -2- Phịng cọc bê tơng cốt thép III Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp đúc rút kinh nghiệm thực tế tính tốn giải tốn thiết kế thực tế lựa chọn công nghệ phù hợp - Tổng hợp tài liệu nghiên cứu có công tác xử lý nền bằng móng cọc , quy trình, quy phạm tính tốn thiết kế dẫn thi công móng cọc - Thu thập số liệu đúc rút kinh nghiệm từ công trình thực tế xây dựng Việt Nam để lựa chọn công nghệ phù hợp - Thu thập số liệu có liên quan (địa chất, địa hình, kinh tế xã hội , tài liệu thiết kế, biện pháp máy móc thiết bị thi cơng ) cho cống Hải Thanh - Dương Kinh - Hải Phòng IV Kết dự kiến đạt - Đưa phương pháp xử lý nền đất yếu bằng móng cọc - Đưa ý kiến phương pháp xử lý nền bằng cọc BTCT cho cống Hải Thanh - Dương Kinh - Hải Phòng -3- CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠNG TÁC THIẾT KẾ THI CƠNG MĨNG CỌC 1.1 Tổng quan móng cọc Hiện nước ta nhiều nước giới, móng cọc giải pháp móng thường dùng xây dựng cơng trình nơi có điều kiện địa chất phức tạp Mặt khác tính chất cơng nghiệp hố cao (Thực số cơng nghệ việc chế tạo thi công cọc ngày hồn thiện) nên móng cọc ngày áp dụng rộng rãi Trong số trường hợp xây dựng cơng trình cao tầng, cơng trình có tải trọng truyền lên móng lớn v.v móng cọc trở thành giải pháp Nó tính tốn áp dụng cho đất yếu Nền đất yếu đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền biến dạng nhiều, làm thiên nhiên cho cơng trình xây dựng Khi xây dựng cơng trình dân dụng, giao thơng thủy lợi thường gặp loại đất yếu, tùy thuộc vào tính chất lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo cơng trình mà người ta dùng phương pháp xử lý móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho cơng trình Trong thực tế xây dựng, có nhiều cơng trình bị lún, sập hư hỏng xây dựng đất yếu khơng có biện pháp xử lý phù hợp, khơng đánh giá xác tính chất lý đất Do việc đánh giá xác chặt chẽ tính chất lý đất yếu (Chủ yếu thí nghiệm phòng trường) để làm sở đề giải pháp xử lý móng phù hợp vấn đề khó khăn, đòi hỏi kết hợp chặt chẽ kiến thức khoa học kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm tối đa cố, hư hỏng công trình xây dựng đất yếu 1.1.1 Lịch sử đời phát triển móng cọc Móng cọc sử dụng sớm từ khoảng 1200 năm trước, người dân thời kỳ đồ đá Thụy Sỹ biết sử dụng cọc gỗ cắm xuống hồ nông để xây dựng nhà hồ cạn (Sower, 1979) Cũng thời kỳ này, người ta biết sử dụng cọc gỗ để đóng xuống vùng đầm lầy để chống quân xâm -4- lược Ngoài ra, người dân biết sử dụng vật liệu có sẵn thân gỗ đóng thành hàng cọc để làm tường chắn đất, dùng thân cây, cành để làm móng nhà Ngày nay, với tiến khoa học kỹ thuật nói chung móng cọc ngày cải tiến, hồn thiện, đa dạng chủng loại phương pháp thi công, phù hợp với yêu cầu cho loại móng cơng trình Hiện Việt Nam, móng cọc ứng dụng rộng rãi ngành xây dựng dân dụng công nghiệp, giao thông, thủy lợi với nhiều chủng loại cọc bê tông cốt thép khác Trên sở tiêu chuẩn tính tốn thiết kế móng cọc Nhà nước ban hành để xử lý cơng trình phải xây dựng đất yếu 1.1.2 Khái niệm chung móng cơng trình Móng phần cơng trình kéo dài xuống đáy mặt đất làm nhiệm vụ chuyển tiếp công trình bên với đất Móng tiếp nhận tải trọng từ cơng trình truyền vào đất thơng qua phần tiếp xúc với đất Thơng thường, khả tiếp nhận tải trọng loại vật liệu cơng trình lớn đất nhiều, móng thường có kích thước mở rộng so với cơng trình bên để giảm tải trọng lên đến mức đất tiếp nhận Sự mở rộng theo bề ngang, theo chiều sâu hai hướng Sự mở rộng theo chiều ngang làm tăng diện tích tiếp xúc đáy móng với đất làm giảm áp lực đáy móng, mở rộng theo chiều sâu làm tăng diện tiếp xúc mặt bên móng với đất làm tăng diện tích ma sát bên Như móng phận cơng trình có nhiệm vụ đỡ cơng trình bên trên, tiếp nhận tải trọng cơng trình phân phối tải trọng vào đất thơng qua phản lực ma sát bên Móng thường có hai loại móng nơng móng sâu: a Móng nơng: Là loại móng truyền tải trọng cơng trình vào đất chủ yếu thơng qua diện tích tiếp xúc đáy móng với đất thường có kích thước mở rộng theo phương ngang Trong tính tốn móng nơng, ma sát bên móng với đất thường bỏ qua, tồn lớp đất mức đáy móng thay tải trọng tương đương với trọng lượng thân đất Móng nơng xây dựng cho riêng cấu kiện tiếp đất cơng trình gọi móng đơn, cho - 122 - Trong đó: P max , P tải trọng thẳng đứng truyền cho cọc biên (cọc chịu R R R R lực lớn nhỏ tương ứng) P max, = R R N M y X max M xYmax ± ± n ∑ X ∑ Yi Trong đó: N = 12527,00 (3-36) - Tải trọng dọc trục có tác dụng đáy đài n = 81 (cọc) - Số cọc móng M y = 7500,52 KN.m - Mô men lực lấy trục y x max = 5,60 m - Khoảng cách cọc biên đến R R R R trục x xi R - Khoảng cách cọc đến trục x R - Mô men lực lấy trục x M x = 0,00 KN.m R R - Khoảng cách cọc biên đến y max = 5,60 m R R trục y yi R - Khoảng cách cọc đến trục y R ∑ x i = 9*2* (5,602 + 4,202 + 2,802 + 1,402) = 1058,40 m2 R RP P P P P P P P P P P Thay vào cơng thức ta có: P = 115,0 KN > R R P max = 194,3 KN < 1,2 P c = 257,44 KN R R R R Vậy cọc đảm bảo ổn định cường độ Kiểm tra móng cọc theo trạng thái giới hạn biến dạng Vì lực ngang nhỏ so với lực thẳng đứng, nên ta kiểm tra độ lún móng cọc ma sát a Các giả thiết điều kiện tính tốn - Khi tính tốn giả thiết móng cứng - Tính trường hợp thi công xong, chưa thông nước - Mực nước ngầm nằm sâu, chiều dày lớp đất tính lún H a trạng thái chưa R bão hòa γ R tb R = 18,60 KN/m3 P R - 123 - Tồn phần đất đóng cọc bê tông bị ép chặt lại trọng lượng đơn vị đất tăng lên Trong tính tốn coi khối lượng móng quy ước có kích thước sau: Chiều dài khối móng quy ước: L qư = L +2.h c tg ( ϕ tb /4) = 13,92 m Chiều rộng khối móng quy ước: B qư = b + 2.h c tg( ϕ tb /4) = 13,72 m R R R R R R R R R R Diện tích đáy khối móng quy ước: F qư = L qư x B qư R R R R R R R R = 190,85 m2 P Mômen chống uốn: W = B qư x L qư /6 = 442,61 m3 R R R RP P P Trong đó: L - Chiều dài đáy; L = 12,60 m b - Chiều rộng đáy; b = 12,40 m h c - Chiều dài cọc; h c = 16,00 m R R R R ϕ tb - Góc ma sát trung bình lớp đất nền; ϕ tb = 9,41 (độ) R R R R b - Ứng suất đáy móng quy ước Ứng suất móng tính theo phương cơng thức bản: σ R max, R = ∑G F + ∑ My W (3-37) Trong đó: ∑ G - Tổng lực theo phương thẳng đứng; ∑ M y - Tổng mômen lực lấy trọng tâm đáy theo trục y R R ∑ G = ∑ G + S qư x h c x γ R R R R ∑ M y = 7500,52 KNm R R Trong đó: ∑ G - Tổng tải trọng thẳng đứng trường hợp thi công xong ∑ G = 12527,00 KN γ : Trọng lượng TB lớp đất khối móng quy ước; γ = 17,63 KN/m3 P Thay vào ta được: ∑G = 66375,9 KN - 124 - σ R R = 330,85 KN/m2 P σ P σ R tb R = 347,80 KN/m2 P R max R = 364,74 KN/m2 P P P c Kiểm tra sức chịu tải gia cố cọc BTCT - Cường độ tiêu chuẩn đất xác định theo công thức: R tc = m (A γ b+ B q + D c) R (3-38) R Trong đó: m - Hệ số điều kiện làm việc móng; m = 0,8 γ - Trọng lượng riêng đất mũi cọc (lớp 6); γ = 17,6 KN/m3 P P q - Tải trọng bên móng; q = γ tb h m = 295,11 KN/m R R R R b - Chiều rộng khối móng quy ước; b = 13,71 m c - Lực dính đơn vị lớp đất khối lượng quy ước (lớp 6) c = 17,0 KN/m2 P A, B, C - Hệ số phụ thuộc góc ma sát đất ϕ = 9,29 (Độ) A = 0,1658 B = 1,6661 D = 4,0848 Thay vào ta được: R tc = 480,92 KN/m2 R R P - Kiểm tra điều kiện: ϕ tb = 347,80 KN/m2 R R P < R tc = 480,92 KN/m2 P R R P => Vậy đất sau gia cố có đủ khả chịu lực có tải d- Tính độ lún khối lượng quy ước - Điều kiện để áp dụng cơng thức tính lún cần đảm bảo đất làm việc giai đoạn biến dạng tuyến tính, nghĩa cần đảm bảo điều kiện: ϕ tb ≤ R tc ϕ max ≤ 1,2 R tc R R R R R R R - Kiểm tra điều kiện: ϕ tb = 347,80 KN/m2 ϕ max = 364,74 KN/m2 R R R R P P P R < P R < R R tc = 480,92 KN/m2 R R R P P R 1,2R tc = 577,10 KN/m2 R R P P R => Thỏa mãn điều kiện Vậy độ lún biến dạng tuyến tính Theo TCVN 4253 - 86 cần tính độ lún: - 125 - Sơ đồ tính lún có cọc 30x30cm dài 16m: Hinh 3-8: Sơ đồ tính lún có cọc BTCT Kết tính tốn lún chưa có cọc: Ở ta tính trường hợp - Khi vừa thi công xong: Chuyển vị lún lớn theo phương y 4,1cm - Lún cố kết sau 60 ngày: Chuyển vị lún lớn theo phương y 5,8cm - Lún tổng thể: Chuyển vị lún lớn 6,1cm Hinh 3-9: Kết tính tốn có cọc BTCT (Khi vừa thi công xong: Chuyển vị lún lớn theo phương y 4,1cm) - 126 - Hinh 3-10: Kết tính tốn có cọc BTCT (Lún cố kết sau 60 ngày: Chuyển vị lún lớn theo phương y 5,8cm) Hinh 3-11: Kết tính tốn có cọc BTCT (Chuyển vị lún tổng thể lớn 6,1cm) Kết luận: U Việc xử lý cọc bê tơng cốt thép có tiết diện (30x30)cm2 dài 16,0m P P đảm bảo yêu cầu kỹ thuật trường hợp, chọn để xử lý Tính tốn kết cấu cọc Cọc có diện tích tiết diện ngang F = 0,30 x 0,30 m2 P Chiều dài cọc đúc L cọc = 16,0 (m) R R - 127 - Cọc phải có khả chịu lực sinh trình vận chuyển, móc cẩu, xếp dỡ lắp dựng vào giá đóng Để đảm bảo điều ta đúc cọc làm đoạn có mối nối Chiều dài đoạn sau: L = 9m R R L = 7,0 m R R Tính tốn cho đoạn có chiều lớn L = 9m để tính tốn + Tính tốn nội lực: - Trường hợp vận chuyển, cẩu móc, xếp dỡ Trong trường hợp ta coi dầm đặt điểm tựa cách đầu mũi cọc khoảng cách L : R R l = 0,207 x L cọc = 0,207 x = 1,863 m R R R R Tải trọng tính tốn tác dụng lên trọng lượng thân cọc q: qc = 0,30 x 0,30 x 25 = 2,250 KN/m P P q tt = 1,4 x 1,3 x q c = 4,095 KN/m R R R R - Trường hợp lắp cọc vào giá đóng: Trong trường hợp cáp treo buộc cách đầu cọc khoảng L , R mũi cọc tỳ xuống đất l = 0,294 x L cọc = 0,294 x = 2,646 m R R R R + Tính tốn bê tơng cốt thép - Số liệu tính tốn: - Nội lực: Dùng trị số nội lực lớn tính trên: M = 14,34 kNm Q = 15,27 kN - Mặt cắt chữ nhật có kích thước b x h = 30x30 cm2 P - Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép chọn là: a= 3cm, h = 27cm R - Cốt thép loại có gờ, nhóm AII: K n = 1,15 R R n c =1 R R R a = 2700 kG/cm2 R R P R R - 128 - E a = 2100000 kG/cm2 R R P R ađ = 2150 kG/cm2 R R P - Bê tông M300 có: R n = 135,000 kG/cm2 R R P E b = 290000 kG/cm2 R R P P R k = 10,00 kG/cm2 R R P R ck = 15,00 kG/cm2 R R P - Tính tốn cốt thép: Tính theo sơ đồ cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật - Tính theo cốt đơn: A= K n nc M mb Rn b.ho2 (3-39) => α = 0,052 A = 0,051 Ta thấy α = 0,052 < α = 0,6 Fa = R R mb Rn b.h0 α ma Ra (3-40) F a = 1,92 cm2 R R P Chọn Φ18 có F a = 7,63 cm2 R R P + Tính tốn cốt đai, cốt xiên: - Kiểm tra điều kiện đặt cốt đai, cốt xiên: Xét điều kiện sau: K m b4 R k b.h < K n n c Q < 0,25.m b3 R n b.h R R R R R R R R R R R R R R R R R R (3-41) Trong đó: K = 0,6 với kết cấu dầm R R => K m b4 R k b.h = 4374 kG R R R R R R R R K n n c Q = 1755,58 kG < K m b4 R k b.h =4374kG R R R R R R R R R R R R Vậy không cần tính đến cốt đai, cốt xiên 3.3 Quy trình công nghệ thi công cọc ép a Sản xuất cọc - Cọc gia công phương pháp đúc sẵn xưởng, đóng cọc bê tơng đủ tuổi 28 ngày đủ mác thiết kế - Cọc bê tông phải nghiệm thu trước mang đến công trường - 129 - b Công tác ép cọc b1 Chuẩn bị mặt thi công - Khu vực xếp cọc phải nằm khu vực ép cọc, đường từ chỗ ép cọc đến chỗ xếp cọc phải phẳng không gồ ghề lồi, lõm - Cọc phải vạch sẵn đường tâm để ép cọc tiện lợi cho việc cân chỉnh - Loại bỏ cọc không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật - Chuẩn bị đầy đủ báo cáo kỹ thuật công tác khảo sát địa chất, kết xuyên tĩnh - Định vị giác móng cơng trình b2 Thiết bị thi công * Thiết bị ép cọc: - Thiết bị ép cọc phải có chứng chỉ, có lý lịch máy nơi sản xuất cấp quan có thẩm quyền kiểm tra xác nhận đặc tính kỹ thuật thiết bị - Ngoài thiết bị ép cọc sử dụng phải thỏa mãn yêu cầu sau: + Lực ép lớn thiết bị không nhỏ 1.4 lần lực ép lớn tác động lên cọc thiết kế quy định + Lực ép phải đảm bảo tác dụng dọc trục cọc ép ép đỉnh, hay tác dụng mặt bên cọc ép ơm + Q trình ép không gây lực ngang tác động vào cọc + Chuyển động pit tơng kích tời cá phải khống chế tốc độ ép cọc + Đồng hồ đo áp phải phù hợp khoảng lực đo + Thiết bị ép cọc phải có van giữ áp lực tắt máy + Thiết bị ép cọc phải đảm bảo điều kiện vận hành theo quy định an toàn lao động thi công * Chọn máy ép cọc - Cọc có tiết diện 30 x 30(cm) chiều dài đoạn 6,0-8,0 (m) - Sức chịu tải cọc (P): Để đảm bảo cọc ép đến độ sâu thiết kế, lực ép máy phải thỏa mãn điều kiện: P epmin >1,5P R R - 130 - - Dùng khối bê tơng đặc có kích thước 1x1x2 (m) làm đối trọng c Công tác chuẩn bị Chuẩn bị mặt bằng, dọn dẹp san phẳng chướng ngại vật Vận chuyển cọc bê tơng đến cơng trình cần phải lưu ý: Độ cong vênh cho phép vành thép nối khơng q 1% so với mặt phẳng vng góc với trục cọc Bề mặt bê tông trục cọc phải phẳng Trục đoạn cọc phải qua tâm vng góc với hai đầu cọc Mặt phẳng bê tông đầu cọc mặt phẳng chứa vành thép nối phải trùng Chỉ chấp nhận sai lệch 1mm d Trình tự thi cơng Q trình ép cọc hố móng gồm bước sau: * Chuẩn bị - Xác định xác vị trí cọc cần ép, qua cơng tác định vị giác móng - Nếu đất lún phải dùng gỗ chèn lót xuống trước để đảm bảo chân đế ổn định nằm ngang suốt trình ép cọc + Cẩu lắp khung đế vào vị trí + Chất đối trọng lên khung đề + Cẩu lắp giá ép vào khung đế, định vị xác điều chỉnh cho giá ép đứng thẳng * Q trình thi cơng ép cọc - Bước 1: Ép đoạn cọc C1, cẩu dựng cọc vào giá ép, điều chỉnh mũi cọc vào vị trí thiết kế chỉnh trục dọc thẳng đứng Độ thẳng đứng đoạn cọc ảnh hưởng lớn đến độ thẳng đứng toàn cọc Đầu cọc C1 phải gắn chặt vào thành định hướng khung máy Nếu máy khơng có định hướng đáy kích đầu pit tơng phải có định hướng Khi đầu cọc phải tiếp xúc chặt với chúng Khi hai mặt ma sát tiếp xúc chặt với mặt bên cọc C1 điều khiển van tăng dần áp lực Những giây áp lực đầu tăng chậm dần đều, để đoạn cọc C1 cắm sâu vào đất cách nhẹ nhàng với vận tốc xuyên không 1cm/s Khi phát thấy nghiêng phải dừng lại chỉnh - Bước 2: Tiến hành ép đến độ sâu thiết kế (ép đoạn cọc trung gian C2): - 131 - + Khi ép đoạn cọc C1 xuống độ sâu theo thiết kế tiến hành lắp nối ép đoạn cọc trung gian C2 + Kiểm tra bề mặt hai đầu đoạn C2, sửa chữa cho thật phẳng + Kiểm tra chi tiết mối nối đoạn cọc chuẩn bị máy hàn + Lắp đặt đoạn C2 vào vị trí ép Căn chỉnh để đường trục C2 trung với trục kích đường trục C1 Độ nghiêng C2 khơng 1% Trước sau hàn phải kiểm tra độ thẳng đứng cọc ni vô Gia lên cọc lực tạo tiếp xúc cho áp lực mặt tiếp xúc khoảng 3-4 Kg/cm2 tiến hành hàn nối cọc theo P P quy định thiết kế + Tiến hành ép đoạn cọc C2 Tăng dần áp lực nén để máy ép có đủ thời gian cần thiết tạo đủ lực ép thắng lực ma sát lực kháng đất mũi cọc để cọc chuyển động + Thời gian đầu C2 sâu vào lịng đất với vận tốc xun khơng q 1cm/s + Khi đoạn C2 chuyển động cho cọc chuyển động với vận tốc xuyên không cm/s + Khi lực nén tăng đột ngột tức lúc mũi cọc gặp lớp đất cứng (hoặc gặp dị vật cục bộ) cần phải giảm tốc độ nén để cọc có đủ khả vào đất cứng (hoặc phải kiểm tra dị vật để xử lý) giữ để lực ép không vượt giá trị tối đa cho phép + Trong trình ép cọc, phải chất thêm đối trọng lên khung sườn đồng thời với trình tăng lực ép Theo yêu cầu, trọng lượng đối trọng lên khung sườn đồng thời với trình gia tăng lực ép Theo yêu cầu, trọng lượng đối trọng phải tăng 1,5 lần lực ép Do cọc gồm nhiều đoạn nên ép xong đoạn cọc phải tiến hành nối cọc cách nâng khung di động giá ép lên, cẩu dựng đoạn vào giá ép + Yêu cầu việc hàn nối cọc: Trục đoạn cọc nối trùng với phương nén Bề mặt bê tông hai đầu cọc phải tiếp xúc khít với nhau, trường hợp khơng khít với phải có biện pháp làm khít - 132 - Kích thước đường hàn phải đảm bảo so với thiết kế Đường hàn nối đoạn cọc phải có bốn mặt cọc theo phương thiết kế Bề mặt chỗ tiếp xúc phải thẳng, sai lệch khơng q 1% khơng có ba via - Bước 3: Ép âm ép đoạn cọc cuối đến mặt đất, cẩu dựng đoạn cọc lõi (bằng thép) chụp vào đầu cọc tiếp tục ép lõi cọc để đầu cọc cắm đến độ sâu thiết kế Đoạn lõi kéo lên để tiếp tục sử dụng cho cọc khác - Bước 4: Sau ép xong cọc, trượt hệ giá cọc khung đế đến vị trí để tiếp tục ép Trong q trình ép cọc móng thứ nhất, dùng cần trục cẩu cần đế thứ vào vị trí hố móng thứ hai + Thời điểm khố đầu cọc phần đồng loạt thiết kế quy định + Mục đích khố đầu cọc để: Huy động cọc vào làm việc thời điểm thích hợp q trình tăng tải cơng trình Đảm bảo công trình không chịu độ lún không + Việc khố đầu cọc phải thực đầy đủ: • Sửa đầu cọc cho cao độ thiết kế • Trường hợp lỗ ép cọc không đảm bảo độ côn theo quy định cần phải chỉnh sửa độ côn, đánh nhám mặt bên lơ cọc • Đổ bù xung quanh cọc hạt trung, đầm chặt cao độ lớp bê tơng lót • Đặt lưới thép cho đầu cọc + Bê tơng khố đầu cọc phải có mác khơng nhỏ mác bê tơng đài móng phải có phụ gia trương nở, đảm bảo độ trương nở 0,02 * Lưu ý: Trước thi công đại trà thiết phải ép thử thí nghiệm cọc tải trọng tĩnh để thiết lập quy trình ép cọc thích hợp d Cắt đầu cọc Sau công tác ép cọc nghiệm thu, phần bê tông đầu cọc cắt bỏ đến cao độ thiết kế Chú ý phá bỏ bê tông đầu cọc không làm hỏng - 133 - phần bê tông bên Nếu phát bê tơng cọ bị nứt q trình cắt đầu cọc thiết cần phải phá bỏ tiếp thay bê tông tốt theo thiết kế 3.4 Kết luận chương Thơng qua phân tích lý thuyết, tác giả tiến hành lựa chọn giải pháp xử lý cho cống Hải Thanh, sở áp dụng xử lý cho cơng trình tương tự Với cơng trình cống Hải Thanh việc chọn biện pháp xử lý cống cọc BTCT đúc sẵn hợp lý lý sau: - Phương pháp tính tốn đơn giản, có nhiều phần mềm để kiểm tra việc tính tốn - Đây phương pháp xử lý áp dụng nhiều việc sử lý cống lấy nước tương tự địa chất tương tự Đồng thời biện pháp thi công không phức tạp, thiết bị thi công nhiều đảm bảo chất lượng Tiến độ thi công cơng trình nhanh Đảm bảo điều kiện kinh tế, kỹ thuật - Tải trọng cơng trình khơng lớn, lớp địa chất cơng trình để cọc đặt lên đảm bảo khả chịu tải trọng không sâu - Việc mua cọc BTCT đúc sẵn dễ dàng, chất lượng kích cỡ phong phú Việc tính tốn xử lý móng cống Hải Thanh cọc BTCT đúc sẵn phương án hợp lý phương án tối ưu mà tác giả đưa Do thời gian có hạn tác giả chưa đề cập đến tính thấm qua đáy mặt cắt qua đê - 134 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ *Những điểm đạt luận văn Hiện khoa học cơng nghệ phát triển kéo theo cơng nghệ thơng tin, máy móc thiết bị đại, đặc biệt nhân lực người phát triển trình độ cao Vì vậy, có nhiều phương pháp xử lý móng cọc xây dựng cơng trình đất yếu Tuy nhiên tuỳ thuộc vào mức độ quan trọng (cấp cơng trình), địa hình, địa chất, thiết bị máy móc mặt thi công (không gian thi công), v.v để chọn phương pháp thích hợp đảm bảo tính kỹ thuật kinh tế để áp dụng cho cơng trình Luận văn vào nghiên cứu, phân tích cách hệ thống phương pháp xử lý móng cọc phải xây dựng cơng trình đất yếu - Với phương pháp tác giả nêu phân tích, tổng hợp sau đưa ưu nhược điểm điều kiện áp dụng tốt cho phương pháp - Đề tài tập trung nghiên cứu giải pháp xử lý cơng trình đất yếu, trọng tâm gia cố khả chịu lực cơng trình cọc bê tơng cốt thép Đảm bảo cơng trình ổn định lâu dài - Nghiên cứu tổng quan giải pháp tăng cường khả chịu lực đất yếu cho cơng trình xây dựng - Đưa giải pháp an tồn cho cơng trình xây dựng đất yếu đồng thời đạt hiệu kinh tế kỹ thuật - Đã vận dụng lý thuyết nêu để tính tốn, đánh giá hiệu cơng trình cụ thể * Một số tồn luận văn Do thời gian có hạn nên tác giả chưa thể phân tích, đánh giá sâu phương pháp xử lý đất yếu cụ thể Mặt khác, khả năng, kiến thức kinh nghiệm thân hạn chế, nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, giải pháp cần nghiên cứu, bổ sung hoàn thiện * Một số kiến nghị luận văn - Đề nghị xem xét để đưa quy phạm, tiêu chuẩn cụ thể để áp dụng - 135 - rộng rãi, dễ dàng phương pháp xử lý đất yếu móng cọc * Hướng nghiên cứu luận văn - Tiếp tục nghiên cứu để đưa kết tổng hợp xác hơn, nêu phạm vi áp dụng xác cho phương pháp - Tiếp tục nghiên cứu để đưa tiêu kinh tế kỹ thuật phương pháp, tạo điều kiện cho việc lựa chọn phương án gia cố, xử lý xác hiệu cao Một lần nữa, tác giả xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn TS Dương Đức Tiến tận tình bảo, giúp đỡ tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này./ - 136 - DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Chu Quốc Câu, Ngưu Thanh Sơn biên dịch Sổ tay thiết kế thi công cọc khoan nhồi (1993) Nhà xuất địa chấn Trung Quốc Nguyễn Hữu Đẩu (2000) Công nghệ đánh giá chất lượng cọc Nhà xuất xây dựng Nguyễn Thế Hùng (1998) Thi cơng cơng trình ngầm công nghệ tường đất Nhà xuất giao thông vận tải Đặng Đình Minh (2009) Thi Cơng cọc nhồi, Tường đất, Giếng chìm Nhà xuất xây dựng Nguyễn Bá Kế (1997) Thi công cọc khoan nhồi Nguyễn Văn Quảng (1998) Chỉ dẫn kỹ thuật thi công kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi Nhà xuất Xây dựng Nguyễn Văn Quảng (2009) Chỉ dẫn thiết kế thi công cọc barrette, tường đất, neo đất Nhà xuất Xây dựng Nguyễn Văn Quảng (2009) Chỉ dẫn thiết kế thi công cọc barrette, tường đất, neo đất Nhà xuất Xây dựng ... Sau số phương pháp chính: - Xử lý cọc gỗ - Xử lý cọc bê tông bê tông cốt thép - Xử lý cọc thép - Xử lý cọc cát - Xử lý cọc xi măng đất (cọc trộn sâu) - Xử lý cọc khoan nhồi - Xử lý cọc Barrette... cơng trình móng cọc Việt Nam Xử lý cọc gỗ Xử lý cọc cát Xử lý cọc nhồi Xử lý cọc xi măng đất (cọc trộn sâu) Xử lý cọc bê tông bê tông cốt thép 2.3.1 Xử lý cọc gỗ Trong phương pháp người ta hay... phương pháp xử lý đất yếu móng cọc 15 2.3.1 Xử lý cọc gỗ 15 2.3.2 Xử lý cọc cát 20 2.3.3 Xử lý cọc nhồi 31 2.3.4 Xử lý cọc xi măng đất (cọc trộn sâu) 36 2.3.5 Xử lý cọc bê tông cốt thép đúc sẵn